染色质的结构及染色体的组装

二、染色质的结构及染色体的组装

人体一个细胞中的DNA序列约为3×10⁹bp，连接起来可长达1．74m。这样长的DNA分子要在一个直径仅约5μm的细胞核内保存并行使功能，如何折叠是非常重要的。现在已知染色体的基本结构是核小体（nucleosome），由核小体再进一步压缩，构成更高级的结构（图1－4）。

（一）核小体

核小体由长约200bp的DNA和5种组蛋白组成。其中组蛋白H2A、H2B、H3、H4各2分子组成一个八聚体核心（nucleosome core），DNA在其外表缠绕1．75圈（～146bp），形成直径为10nm的“珍珠”状核小体。其余60bp左右的DNA连接相邻的核小体，对核酸内切酶敏感。组蛋白H₁位于连接DNA上。核小体是染色质的基本结构单位，若干核小体重复排列，便形成直径约10nm的串珠状纤维。

核小体核心的装配与两种非组蛋白有关：①与H2A、H2B结合的核质蛋白（nucleoplas－min）；②与H3和H4结合的N₁蛋白。它们和DNA混合，随着核质蛋白和N₁蛋白的释放，形成核心粒。

（二）螺线管

电镜看到直径为10nm的串珠状核小体结构，若加入Mg^2＋，则纤丝逐渐变粗，形成直径30nm紧密缠绕的螺旋状态，即螺线管（solenoid），其每6个核小体绕一圈，形成外径为30nm，内径为10nm，螺距为11nm的中空管状螺线管。组蛋白H1位于中空的螺线管内部，具有成群地与DNA结合的特性，是螺线管形成和稳定的关键因素。电镜下常见的为30nm纤维的染色质天然结构，可以由螺线管得以解释。

（三）染色体的构建

关于30nm的染色质纤维如何进一步压缩形成染色体，自20世纪60年代以来，科学家们提出了多种模型，其中折叠纤维模型和四级结构模型（又称多级螺旋模型）都在一定程度上解释了染色体的一些复杂现象，但缺乏充足的实验根据。目前，受到人们广泛重视并被接受的是襻环模型（loop model），该模型认为30nm的染色质纤维折叠成襻环，襻环沿染色体纵轴由中央向四周放射状伸出，环的基部集中在染色单体的中央，联结在非组蛋白支架上。

1．染色体支架与襻环结构　以葡萄糖处理中期染色体，去除组蛋白，在电镜下可观察到由非组蛋白的密集纤维网组成的染色体支架（chromosome scaffold）。组成支架的蛋白种类非常复杂，其中的拓扑异构酶Ⅱ（topoisomeraseⅡ）已被鉴定，是中期染色体的主要骨架蛋白。锚定在染色体支架上的DNA襻环30nm染色质纤维构成。不同的襻环大小可能不同，一般襻环中的DNA长度在30000～100000bp之间，平均为63000bp，含315个核小体，长约21μm。而一个典型的人染色体可能有2600个襻环。

2．襻环结构是如何进一步组装成染色体　Painta等（1984年）对襻环模型进行了较详细的研究，提出每18个襻环以染色体支架为轴心呈放射状排列一圈形成微带（miniband），大约106个微带沿轴心支架纵向排列便构建成染色单体（chromatid）。因此，微带是染色质的高级结构单位。